KR100365121B1 - 필터 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 필터링(filtering)되는 매질이 가로놓이는 다공성의 길이방향 벽을 포함하는, 세라믹(ceramic), 특히 SiC로 이루어진 복수로 병치되고 본질적으로 안정된 필터(filter) 요소들을 수용하는 필터-시스템 하우징(housing)을 구비하는 필터 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 필터 요소가 용이하게 장착 및 교환될 수 있고 그 요소가 이동되는 동안에 손상으로부터 보호되는 방식으로, 필터링용 길이방향 벽은 가스가 가로놓이는, 복수의 필터 요소들을 구비하는 필터 시스템을 설계하는 것이다. 다른 목적은 필터-시스템 하우징의 뒤틀림이나 응력으로부터 실질적으로 보호되는 방식으로 필터 요소를 장착하는 것이다.
본 발명의 기본 개념은 소정의 필터 요소들을 필터-구성요소의 부-조립체로 결합하고, 유닛으로서, 필터-시스템 하우징에 장착되고 하우징으로부터 제거될 수 있는 하나의 필터 카세트 각각의 내부에 그것을 고정시키는 것이다.

Description

필터 시스템 {FILTER SYSTEM}
본 발명은 필터링(filtering)되는 매질이 가로놓이는 다공성의 길이방향 벽을 포함하는, 세라믹(ceramic), 특히 SiC로 이루어진 복수로 병치되고 본질적으로 안정된 필터(filter) 요소들을 수용하는 필터-시스템 하우징(housing)을 구비하는 필터 시스템에 관한 것이다.
고온 가스, 예를들면 디젤 엔진(diesel engine)의 배기 가스 또는 쓰레기 소각로 등과 같은 대형 설비에서의 연소 가스를 필터링하는 경우에 필터링되는 물질이 가로놓이는 다공성의 필터링용 외벽을 갖춘 세라믹 튜브형 필터 요소가 점점 많이 사용되고 있다. 단일 필터 요소로 불충분한 곳에서는, 이러한 복수의 필터 요소들이 병치되어 그로인한 유동에 의해 연대적으로 가로놓인다. 이러한 필터 요소가 캔들(candle)형태이기 때문에 요소의 본질적인 안정성이 낮거나 존재하지 않는 곳에서는, 요소가 홀 패턴(hole pattern)에 의해 구멍이 가공된 지지 파이프상으로미끄러진다. (독일 특허 명세서 제 A 38 23 205 호; 제 A 38 36 697 호 및 제 C 40 26 375 호 참조). 만일 필터 요소가 스스로 안정된다면, 예를들면 소결된 SiC로부터 몰드(mold)된다면, 요소들은 상호 이격된 방식으로 필터-시스템 하우징 내부에 고정되고, 요소의 단부 위치에서 부착되고 유지된다. (유럽 특허 명세서 제 A 0 446 442 호; 제 A 0 522 245 호; 제 A 0 454 346 호 및 제 A 0 336 883 호, 도 7 참조).
상기 필터 시스템은 과도한 비체적에 관한 결점을 초래한다. 더우기, 필터 요소를 교환하는 것은 어려운 문제이다. 또한, 고취성 세라믹으로 이루어진--필터 요소는 필터 시스템 사이에서 이동될 때 보호받지 못한다. 부분적으로 필터 요소를 부착시키는 것은, 필터 요소에서의 응력을 수반하는 필터-시스템 하우징의 치수상의 열적 변동을 야기하고 또, 극단적으로 요소를 파손시키는 등의 위험이 따른다.
더우기 원형 세라믹 필터 요소가 또한 공지되어 있는데, 이것은 내부가 유입 및 배출 덕트(duct)를 교번하도록, 다공성의 필터링용 길이방향 벽에 의해 바둑판 또는 벌집 모양으로 분할된다. 유입 덕트는 덕트의 흡입측에서 개방되고 덕트의 배기측에서 닫히는 반면에, 배출 덕트는 덕트의 흡입측에서 닫히고 덕트의 배기측에서 개방된다. (유럽 특허 명세서 제 A 0 366 883 호 도 5 및 도 6 및 미국 특허 제 4,897,096 호 참조). 이러한 필터 요소들의 비체적은 훨씬 줄어들고 그것들의 본질적인 안정성은 비교적 높다. 상기 명세서들은 이러한 필터 요소의 배열을 기술하거나, 포함하지 않는다. 그러나, 만일 그 요소들이 튜브형 필터 요소들의 방식으로 배열된다면, 장착과 제거에 어려움이 있게 된다. 또한, 요소의 취성의 관점에서는,요소를 이동시키는 경우 손상의 위험이 있다.
다공성 세라믹으로 완전히 구성되어서 축방향으로 가스가 가로놓이는 필터 요소들을 구비하는 필터 시스템에 관해, 원형 단면(WO 93/13303) 또는 타원형 단면(미국 특허 제 4,436,538 호)의 단일 하우징내에 수개의 이러한 필터 요소들을 배열하는 것이 공지되어 있다. 필터 요소의 단면은 1/4원 또는 반원이고 이들 구성요소들은 서로 및 열팽창하는 재료로 이루어지는 층을 절연시킴으로써 외부에 대해 밀봉된다(WO 93/13303). 필터 요소들 결합체의 다중 배열은 제공되지 않는다. 또한 단면이 원형인 내부 공간에서, 세라믹 지지체가 각 부분으로 분할되고, 다공성 재료가 형성되어 지지체에 소결된다는 미국 특허 제 4,363,644 호에 나타난 설명에서는 이것의 부재(absence)가 적용된다.
본 발명의 목적은 필터 요소가 용이하게 장착 및 교환될 수 있고 그 요소가 이동되는 동안에 손상으로부터 보호되는 방식으로, 필터링용 길이방향 벽은 가스가 가로놓이는, 복수의 필터 요소들을 구비하는 필터 시스템을 설계하는 것이다. 다른 목적은 필터-시스템 하우징의 뒤틀림이나 응력으로부터 실질적으로 보호되는 방식으로 필터 요소를 장착하는 것이다.
이러한 문제점은 직사각형인 필터 요소들의 외부 단면에 의한 그리고 복수의 필터 요소들은, 각 필터-구성요소의 부-조립체가 특정 필터 카세트(cassette)를 형성하는 동안에 카세트 케이스 내부에 고정되는, 필터 요소들의 단면이 직사각형인 부-조립체로 다른 것들과 결합되며, 필터 카세트는 필터-시스템 하우징 내측에 교환가능하게 수용되는 본 발명에 의해 해결된다.
도 1은 본 발명의 필터 시스템의 종단면도, 및
도 2는 도 1의 필터 시스템의 필터 카세트의 흡입측 도면.
따라서 본 발명의 기본 개념은 소정의 필터 요소들을 필터-구성요소의 부-조립체로 결합하고, 유닛으로서, 필터-시스템 하우징에 장착되고 하우징으로부터 제거될 수 있는 하나의 필터 카세트 각각의 내부에 그것을 고정시키는 것이다. 결과적으로 필터 요소들은 매우 견고하게 배열될 수 있다. 장착 및 제거는 단순하고 신속해 진다. 카세트 케이스는 요소가 이동되는 경우에 장착 및 제거 모두에 있어서 손상으로부터 필터 요소를 보호한다. 필터-시스템 하우징의 뒤틀림 및 신장은 카세트 케이스에 의해 완화되거나 적합한 지지체가 공급된다면 그것으로부터 회피되기도 하며, 이것의 결과로서 그 자체에 의하여 필터 요소는 응력으로부터 자유롭게 유지된다. 복수의 이러한 필터 카세트들을 결합시킴으로써, 필터 시스템은 거의 임의적인 크기로 이루어질 수 있다. 고등급 강이 특히 카세트 하우징에 적합하다.
필터 카세트는 만일 필터 카세트가 결과적으로 발생하는 단면 직사각형을 이루기 위해 이웃하는 필터 카세트와 적어도 카세트의 두 측면의 각각에서 측면에 위치된다면 특별히 밀집된 방식으로 결합된다.
바람직한 실시예에서, 필터 요소는 그 자체에 의하여 공지된 방식으로, 유입 덕트는 흡입측에서 개방되고 배기측에서 닫히며 배출 덕트는 흡입측에서 닫히고 배기측에서 개방되는, 다공성의 필터링용 길이방향 벽에 의해 분할되는 인접하고 교번하는 유입 및 배출 덕트를 포함한다. 유입 및 배출 덕트는 필터링 표면에 상대적인 비체적에서 고효율을 허용하도록, 바둑판 모양으로 배열되는 것이 적합하다. 유입 및 배출 덕트는 단면이 직사각형, 바람직하게는 정사각형인 덕트에 의해 필터 요소의 단면형에 합치된다. 필터 요소의 외벽은, 벽이 입자에 대해 적어도 불침투성이더라도, 밀봉되는 것이 적합할 수 있다.
특히 유리한 결합에서는, 필터-구성요소의 부-조립체가 이웃하는 필터 요소들이 필터 요소의 각 측면에 존재하는 방식으로 적합하게 배열된 4개의 필터 요소들로 구성된다. 4개의 필터 요소들의 배열은 다수의 장점을 제공한다는 것이 인지되었다. 이러한 기하학적인 맞물림에 의해, 필터 요소는 압출이 불가능하게 된다. 더우기 절연층에 대한 갭(gap) 치수는 그것에 의해 더욱 면밀히 관찰될 수 있다. 크기, 중량 및 비용 모두 합리적인 범위내에 존재하게 된다. 전기 가열을 위한 간단한 직렬 연결은 직렬 접속에 의해 실행될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 필터 카세트는 하나에만 축방향으로 부착되더라도, 적어도 2개 이상의 상호 이격된 횡단-벽에서 지지된다. 이러한 종류의 지지체는 필터링되는 가스가 큰 온도 변화를 겪는 경우에도 응력으로부터의 자유가 지지체에 의해 유지되는 필터 카세트상에 필터-시스템 하우징의 신장이나 뒤틀림의 전달을 방지한다. 이러한 개념의 발전된 사항에서는, 필터 카세트가 횡단-벽 중 하나의 유입측에 기대어 위치하는 플랜지(flange)를 갖출 수 있고, 필터 카세트의 축방향 부착은 이러한 플랜지 수단에 의해 실행되는 것이 바람직하다. 이러한 설계에서 배기측 횡단-벽은 필터 카세트에 대해 합치하는 수용 유극(clearance)을 갖추는 것만을 요구한다. 후자의 벽에서는, 축방향 부착이 요구되지 않고 적합하지도 않다.
필터 요소는 카세트 케이스가 필터-구성요소의 부-조립체를 그것들의 전장에걸쳐 둘러싸는 경우 가장 양호하게 보호된다는 것이 인지된다.
열팽창하는 재료로 이루어져서, 필터 요소가 적절하게 분리되고 필터 요소 및 카세트 하우징 형태의 미소한 변화가 절연층에 의해 완화될 수 있는, 절연층은 필터 요소들 사이 및 필터 요소들과 카세트 하우징 사이에 존재하는 것이 유익하다. 더우기 절연층은 필터 요소를 축방향으로 부착하고, 또한 그 층들은 카세트 하우징 및 필터 요소의 서로 다른 열팽창에 대해 보정하며, 실링(sealing), 감쇠 및 전기 절연을 공급한다.
더우기, 본 발명에서, 필터-시스템 하우징은 밀봉한 실링부 및 열절연부를 구성하는, 전기 전도체에 대해 절연된 격벽을 포함한다.
본 발명은 도면에 도시되어 예증이 되는 실시예에 의해 설명된다.
도 1에 도시된 필터 시스템(1)은 하우징의 상단부에 유입 스터브(stub)(3)를 그리고 하우징(2)의 다른 측면상의 하단부에서 배출 스터브(4)를 포함하는 입방형 강재 하우징(2)을 구비한다. 필터-시스템 하우징은 세 부분, 즉 유입 후드(hood)(5), 중간부(6) 및 배출 부트(boot)(7)로 구성된다.
유입 후드(5)는 만곡되고, 구멍이 가공된 박판금(sheet metal)(8)에 의해 분할된다. 정화되고 유입 스터브(3)를 통해 유입되는 가스는 구멍이 가공된 박판금(8)에 가로놓이고, 가스 흐름은 필터-시스템 하우징(2)의 단면에 가로놓이면서 균등하게 된다. 유입 후드(5)의 하단 에지(edge)는 전체 외주상을 주행하는 외부로 돌출하는 플랜지(9)를 구비한다.
중간부(6)는 단면이 정사각형이고 유입 후드(5)로부터 횡단-벽(10)에 의해 밀봉된다. 횡단-벽(10)은 그 벽이 나사-체결되는 플랜지(9)까지 외부로 돌출하고, 밀봉은 삽입되는 밀봉용 스트립(strip)(11)에 의해 실행된다. 또한 중간부(11)의 배기측은 플랜지와 같이 외부로 돌출하는 부분을 또한 포함하는 횡단-벽(12)을 구비한다. 이러한 부분은 배출 부트(7)의 상단 에지에 밀봉되게 연결되고 상기 부트를 전체적으로 둘러싸는 플랜지(13)와 합치한다. 또한 횡단-벽(12) 및 플랜지(13)는 밀봉되는 방식으로 서로에 나사 체결된다.
횡단-벽(10, 12) 및 그에 따른 중간부(6)도 배열 및 수량이 도 2에 도시되는 필터 카세트(14-22)가 가로놓인다. 도 2에 도시된 바와 같이, 필터 카세트(14-22)의 단면이 정사각형 표면을 수반하는, 각 행의 3개의 필터 카세트 14, 15, 16 및 17, 18, 19 및 20, 21, 22가 개별적으로 상호 근접하고 3개의 필터 카세트 14, 17, 20 및 15, 18, 21 및 16, 19, 22는 겹쳐지는 방식으로 배열되는 9개의 필터 카세트(14-22) 전체가 존재한다. 도 1은 필터 카세트(17, 18, 19)의 중간열만을 도시한다. 필터 카세트(14-22) 각각은 카세트의 외주를 합치시키는 횡단-벽(10,12)내 개구(aperture)(23-28)에 수용된다.
흡입측에서, 필터 카세트(14-22)는 배출 부트(7)의 흡입측에 대해 밀봉 수단에 의해 위치되어 필터 카세트(14-22)가 미끄러지는 것을 방지하는 플랜지(29-37)를 포함한다. 나사(38, 39, 40, 41)는 플랜지(29-37)의 흡입측에 대해 컵-와셔(cup-washer)(42, 43, 44, 45)를 가압하고 이러한 방식으로 횡단-벽(10)에 대해 플랜지(29-37)를 부착시키며 그 플랜지들을 축방향으로 고정하도록 4개의 플랜지(29-37)의 에지에 의해 인접된 지점에 존재한다. 부가적으로 유입 스터브(3) 플랜지(9)의 내부로 돌출하는 부분은 플랜지(29-32 및 34-37)의 외향부와 겹쳐진다.
필터 카세트(14-22)는 카세트(14-22)가 기타 방식으로 고정되지 않으므로, 배기측 횡단-벽(12)내 개구(26, 27, 28)내에서 단독으로 안내된다. 따라서 필터 카세트(14-22)를 교환하는 경우, 유입 후드(5)를 벗겨내고 컵 와셔(42, 43, 44, 45)와 함께 나사(38, 39, 40, 41)를 제거하는 것이 요구되는 전부이다. 그 결과 필터 카세트(14-22)는 상방향으로 추출될 수 있고 새것으로 교체될 수 있다.
필터 카세트(14-22)는 동일하므로, 그것들은 필터 카세트(19)와 관련하여 모두 기술될 수 있다. 필터 카세트(19)는 플랜지(34)가 케이스(46)의 외측에 부착되거나, 융합된, 튜브형이고 단면이 정사각형인 카세트 케이스(46)를 구비한다. 카세트 케이스(46)는 내열주강(heat resistant steel) 또는 고등급 강으로 이루어진다. 이러한 카세트 케이스(46)는 그것의 하부면에서 내부로 돌출하는 지지 스트립(47)을 구비한다.
각각의 행 2개가 카세트 케이스(46) 내부에서 서로 이웃하므로, 4개의 필터 요소들(48, 49, 50, 51)의 전부가 정사각형으로 배열된다. 이들 요소들은 카세트 케이스(46)의 거의 전장에 걸쳐 주행하고 동일하다. 그 요소는 요소가 본질적으로 안정되므로, 소결 SiC로 이루어진다. 필터 요소들(48, 49, 50, 51)은 열팽창하는 세라믹, 예를들어 쓰리엠(3M)에 의해 제조되는 인터램(INTERAM)으로 구성되는 절연층(53)에 의해 서로 분리된다. 열의 적용 및 팽창 때문에, 절연층(52)은 후자 및서로 관계가 없더라도, 카세트 케이스(46) 내부에서 필터 요소(48, 49, 50, 51)를 제자리에 고정시킨다.
필터 요소들(48, 49, 50, 51)은 동일하고, 더우기 필터 카세트(14-22)내 모든 다른 필터 요소들과 또한 동일하므로, 필터 요소들(48, 49, 50, 51)의 설계는 필터 요소(51)와 관련하여 설명된다. 기본적으로 필터 요소(51)는, 필터 요소(49)의 단면형이 원형이 아니고 정사각형이라는 것을 제외하고는, 미국 특허 제 4,897,096 호 및 유럽 특허 명세서 제 A 0 336 883 호에 기술된 방식으로 설계된다. 필터 요소(51)는 또한 단면이 정사각형이고 다공성의 필터링용 길이방향 벽에 의해 서로 분리되는 덕트가 가로놓인다. 도 2는 단지 53으로 표시된 유입 덕트의 흡입 개구를 예를들어 도시한다. 유입 덕트(53)는 필터 요소(49)의 배기측상의 단부에서 밀봉되게 닫힌다. 필터 요소(49)의 배기측에서 개방된 배출 덕트는 도 2의 시점에서는 밀봉되게 닫혀 있고 그 덕트들은 유입 덕트들(53) 사이를 주행한다. 이러한 방식으로 유입 덕트(53)로 흐르는 가스는 유입 덕트(53) 및 배출 덕트 사이의 길이방향 벽에 가로놓이도록 강제되고, 가스, 예를들면 매연에 포함된 입자들이 분리되고, 정화된 가스는 배출 덕트에 유입되며 배출 부트(7) 및 필터 시스템(1)으로부터 배출 스터브(4)를 통해 배출될 수 있다. 필터 요소(48, 49, 50, 51)에 대해 적합한 재료는 예를들어 유럽 특허 명세서 제 A 0 796 830 호에서 채택된 것이다.

Claims (17)

  1. 필터링되는 매질에 의해 가로막히는 다공성의 필터링용 길이방향 벽을 포함하는, 세라믹, 특히 SiC로 이루어진 복수의 본질적으로 안정된 필터 요소들(48-51)을 수용하는 필터-시스템 하우징(2)을 구비하는 필터 시스템(1)에 있어서,
    상기 필터 요소(48-51)는 단면이 직사각형의 외형을 가지고,
    복수의 필터 요소(48-51)는 단면이 직사각형인 필터 요소의 부-조립체내에 결합되고,
    필터 요소의 부-조립체 각각은 각 경우에 하나의 필터 카세트(14-22)를 형성하는 한편 카세트 케이스(46)에 수용되고,
    상기 필터 카세트(14-22)는 필터-시스템 하우징(2) 내부에 교환가능한 방식으로 지지됨을 특징으로 하는 필터 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 필터 카세트(14-22)는 각 행에서 하나의 필터 카세트의 두 측면이 근접한 필터 카세트(14-22)에 의해 인접되는 방식으로 배열되는 것을 특징으로 하는 필터 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 필터 요소(48-51)는, 다공성의 필터링용 길이방향 벽에 의해 분리되는 유입 덕트(53) 및 배출 덕트를 근접하고 교번하는 방식으로 구비되고, 상기 유입 덕트(53)는 흡입측에서 개방되고 배기측에서 닫히며, 배출 덕트는 흡입측에서 닫히고 배기측에서 개방되도록 됨을 특징으로 하는 필터 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 유입 및 배출 덕트(53)는 단면이 직사각형인 것을 특징으로 하는 필터 시스템.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 필터 요소(48-51)의 외벽은 입자-불침투성이고 특히 밀봉된 것을 특징으로 하는 필터 시스템.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 필터 요소(48-51)는 단면이 정사각형인 것을 특징으로 하는 필터 시스템.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 필터 요소들의 부-조립체는, 4개의 필터 요소들(48-51)로 구성되는 것을 특징으로 하는 필터 시스템.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 필터 요소들(48-51)의 하나의 부-조립체는, 근접한 필터 요소들(48-51)이 적어도 필터 요소(48-51)의 두 측면에 제공되는 방식으로 배열되는 것을 특징으로 하는 필터 시스템.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 필터 카세트(14-22)는 현수되는 방식으로 장착되고 하나의 횡단-벽(10)에서만 지지되는 것을 특징으로 하는 필터 시스템.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 필터 카세트(14-22)는 적어도 2개의 상호 이격된 횡단-벽(10, 12)에서 지지되되, 단지 하나의 횡단-벽(10)에 대해서 축방향으로 부착되는 것을 특징으로 하는 필터 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 배기측 횡단-벽(12)은 필터 카세트(14-22)를 합치시키고 안착시키면서 유극(26, 27, 28)을 가지고 고정된 것을 특징으로 하는 필터 시스템.
  12. 제 9 항에 있어서, 유입측에서, 필터 카세트(14-22)는 횡단-벽(10)의 흡입측에 기대어 위치하는 플랜지(29-37)를 구비하는 것을 특징으로 하는 필터 시스템.
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 카세트 케이스(46)는 그것들의 전장에 걸쳐 필터-요소의 부-조립체를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 필터 시스템.
  14. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 절연층(52)은 그 자체로 필터 요소들(48-51) 사이에 삽입되고, 필터 요소들(48-51)과 카세트 케이스(46) 사이에 삽입되는 것을 특징으로 하는 필터 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 절연층(52)은 열팽창하는 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 필터 시스템.
  16. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 필터-시스템 하우징(2)은 전기 전도체에 대해 절연된 격벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 필터 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 절연된 격벽은 밀봉한 실링부 및 열절연부로 이루어짐을 특징으로 하는 필터 시스템.
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